基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统，包含入口孔、入口单向阀、仿生躯体、柔性压电纤维复合材料、基板、出口孔、出口单向阀和驱动电缆组；仿生躯体由硅胶制成，其外轮廓在初始状态下近似纺锤形，柔性压电纤维复合材料压电片粘在其下侧对应位置布置的基板上共同组成柔性压电驱动器，仿生柔性躯体的侧壁外表面沿其周围均布粘贴有四个等距间隔排列的柔性压电驱动器，两两相邻的柔性压电驱动器之间的中间部位开有入口孔，共计四个入口孔入口单向阀粘于的侧壁内表面；仿生躯体的尾部粘贴有一个垂直布置的柔性压电驱动器，其两侧对称位置的仿生躯体上各有一个出口孔，出口单向阀粘于仿生躯体底部开孔的外表面。

Bionic Octopus underwater propulsion system based on flexible piezoelectric actuator

The invention provides a kind of bionic water Octopus flexible piezoelectric actuators based on the propulsion system, including entrance entrance hole, one-way valve, bionic body, flexible piezoelectric fiber composite material, substrate, outlet hole, outlet check valve and the driving cable group; bionic body made by silica gel, the outer contour approximate spindle in the initial state flexible, piezoelectric fiber composite piezoelectric substrate of the lower side stick in the corresponding position on the layout consists of a flexible piezoelectric actuator, the outer surface of the side wall of the body along the surroundings of the bionic flexible uniform paste flexible piezoelectric actuator array of four equally spaced, middle position between the flexible piezoelectric actuator adjacent to the 22 open the entrance hole, a total of four entrance hole entrance check valve stuck on the inner surface of the side wall of the flexible piezoelectric actuator; bionic body tail paste has a vertical layout The bionic body on both sides of the symmetrical position is respectively provided with an outlet hole which is adhered to the outer surface of the bottom opening of the bionic body.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于仿生水下运动领域，具体涉及一种基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统。
技术介绍
生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越很多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受(感觉功能)、信息传递(神经功能)、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。仿生学的任务就是要研究生物系统的优异能力及产生的原理，并把它模式化，然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备。海洋游动生物的推进模式主要有躯体尾鳍模式、胸鳍模式、射流模式这三种，其中前两种常见于多数鱼类，而射流模式则主要见于章鱼、水母等生物的运动中。在章鱼的尾部长着一个环形孔，海水经过环形孔进入外套膜并有软骨把孔封住。当它要进行快速运动时，外套膜猛烈收缩，软骨松开，水便从前腹部的喷水管急速向后喷射出去，瞬时产生很大的推力，以实现其运动。这种运动方式在水中的噪音很小，同时具有速度快、结构简单、安全可靠等优点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统，以柔性压电纤维复合材料为动力源，其仿照章鱼能够用水填充自己的身体，然后迅速将水压榨出的射流推进的运动模式而设计，具有结构简单，重复性好的特点，为海洋科考等领域提供了一种新的思路。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统，其特征在于：包含入口孔、入口单向阀、仿生躯体、柔性压电纤维复合材料、基板、出口孔、出口单向阀和驱动电缆组；其中仿生躯体为硅胶材料制成，在初始状态下仿生躯体呈近似纺锤形；柔性压电纤维复合材料压电片粘在其下侧对应位置布置的基板上共同组成柔性压电驱动器，该推进系统总计有五个柔性压电驱动器，仿生躯体的侧壁外表面沿其周围均布粘贴有四个等距间隔排列的柔性压电驱动器，两两相邻的压电驱动器之间的仿生躯体的中间部位开有入口孔，共计四个入口孔，入口单向阀粘于仿生躯体的侧壁内表面；仿生躯体的尾部粘贴有一个垂直布置的柔性压电驱动器，其两侧对称位置的仿生躯体上各有一个出口孔，出口单向阀粘于仿生躯体底部开孔的外表面。根据上述基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统，其仿生躯体的侧壁外表面粘贴的四片柔性压电纤维复合材料压电片彼此间隔90°，其下侧对应位置布置有四片基板，基板彼此也间隔90°，四个压电驱动器与仿生柔性躯体的侧壁面具有一致的弯曲弧度。工作时，驱动电缆组向仿生躯体侧壁外表面布置的四个柔性压电驱动器提供交流电压，柔性压电纤维复合材料在交变电压的作用下，产生伸长和缩短的往复交替变化，和基板相互配合形成弯矩，柔性压电驱动器产生向内和向外往复的弯曲运动，带动仿生躯体共同运动，从而实现仿生躯体所包裹空间的内收和外扩，通过单向阀的开合，控制水的吸入和喷出，实现与自然界中真实章鱼运动相似的射流推进效果。当仿生章鱼需要在运动中改变方向时，仿生躯体尾部垂直布置的柔性压电驱动器在直流波动电压的作用下发生单侧摆动，使其运动方向发生改变。附图说明图1是本专利技术基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统的结构示意图。图2是本专利技术基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统的剖面结构示意图。图3是水吸入仿生躯体，仿生躯体体积变大的结构示意图。图4是水吸入仿生躯体，仿生躯体体积变大的剖面结构示意图。图5是水排出仿生躯体，仿生躯体体积变小的结构示意图。图6是水排出仿生躯体，仿生躯体体积变小的剖面结构示意图。具体实施方式结合图1和图2说明，本专利技术一种基于压电纤维复合材料的仿生章鱼水下推动装置，包括：入口孔1、入口单向阀2、仿生躯体3、出口孔4、出口单向阀5、仿生躯体3尾部垂直粘贴的柔性压电纤维复合材料601、仿生躯体3尾部垂直粘贴的基板602、仿生躯体3侧壁外部粘贴的柔性压电纤维复合材料701、仿生躯体3侧壁外部粘贴的基板702、和驱动电缆组8，其中:仿生躯体3为硅胶材料制成，在初始状态下仿生躯体3近似纺锤形；仿生躯体3的侧壁外表面的柔性压电纤维复合材料压电片702粘在其下侧对应位置布置的基板702上共同组成柔性压电驱动器7，仿生躯体3的侧壁外表面沿其周围均布粘贴有四个等距间隔排列的柔性压电驱动器7，两两相邻的柔性压电驱动器7之间的仿生躯体3的中间部位开有入口孔1，共计四个入口孔1，四个入口单向阀2分别粘于仿生躯体3侧壁上四个入口孔1的内表面；仿生躯体3尾部垂直粘贴的基板602和其上粘贴的柔性压电纤维复合材料601共同组成柔性压电驱动器6，仿生躯体3在柔性压电驱动器6两侧对称位置各有一个出口孔4，两个出口单向阀5分别粘于仿生躯体3底部两个出口孔4的外表面。仿生躯体3侧壁外表面布置的四片柔性压电纤维复合材料压电片701彼此间隔90°，四片基板702在其下方对应位置。基板702和纺锤形仿生躯体3表面具有一致的向外弯曲弧度，基板702下表面和仿生躯体3外表面紧密粘合，柔性压电纤维复合材料压电片701具有和基板702一致的向外弯曲弧度，柔性压电纤维复合材料压电片701和基板702紧密粘合。当仿生章鱼在水中直线运动时，驱动电缆组8的一个输出端和仿生躯体侧壁布置的四个柔性压电驱动器7的正极相连，另一个输出端和仿生躯体侧壁布置的四个柔性压电驱动器7的负极相连；驱动电缆组8向整个装置提供交变电压作为动力源，在交变电压的作用下，柔性压电纤维复合材料701产生伸长和缩短的往复交替变化，在基板702的配合下形成弯矩，柔性压电驱动器7产生向内和向外往复的弯曲运动。当仿生躯体3侧壁外表面均布粘贴的四片柔性压电纤维复合材料压电片701同时伸长时，由于基板702的限制，使得四个柔性电驱动器7同时由平衡位置产生向外的弯曲变形，带动和基板702粘接的仿生躯体3周围同时向外运动，柔性压电驱动器7向外的弯曲弧度变大，仿生躯体3的径向长度变短而横截面面积变大，仿生躯体3由近似纺锤形变为近似球形，仿生躯体3体积增大，位于仿生躯体3底部的两个出口单向阀5关闭，同时位于仿生躯体3侧壁内表面的四个入口单向阀2均打开，水从外部经四个入口孔1和入口单向阀2流入仿生躯体3内部。当仿生柔性躯体3侧壁外表面均布粘贴的四片柔性压电纤维复合材料压电片701同时由伸长状态恢复到平衡状态时，由于基板702的限制，柔性压电驱动器7向外弯曲的弧度逐渐缩小直至恢复平衡状态。在此过程中，入口单向阀2关闭，出口单向阀5打开，仿生躯体3内的水由仿生柔性躯体3内部经出口单向阀5和出口孔4喷出，直至仿生躯体3的内外压力平衡，此时，入口单向阀2和出口单向阀5均关闭。当仿生躯体3侧壁外表面均布粘贴的四片柔性压电纤维复合材料压电片701同时缩短时，由于基板702的限制，使得四个柔性压电驱动器7同时由平衡位置产生向内的弯曲变形，带动和基板702粘接的仿生躯体3周围同时向内运动，仿生躯体3径向长度变长而横截面面积变小，仿生柔性躯体3体积缩小，位于仿生躯体3底部的两个出口单向阀5打开，同时位于仿生躯体3侧壁内表面的四个入口单向阀2均关闭，水继续从仿生躯体3内部经打开的出口单向阀5和出口孔4喷出。当仿生躯体3侧壁外表面均布粘贴的四片柔性压电纤维复合材料压电片602同时由缩短状态恢复到平衡状态时，由于基板702的限制，四个压电驱动器7向外弯曲的弧度逐渐增大直至恢复平衡状态。在此过程中，四个入口单向阀2打开本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统，包含入口孔(1)、入口单向阀(2)、仿生躯体(3)、出口孔(4)、出口单向阀(5)、仿生躯体(3)尾部垂直布置的柔性压电纤维复合材料(601)、仿生躯体(3)尾部垂直布置的基板(602)、仿生躯体(3)侧壁外表面布置的柔性压电纤维复合材料(701)、仿生躯体(3)侧壁外表面布置的基板(702)和驱动电缆组(8)；其特征在于：该推进系统总计有五个柔性压电驱动器，包括四个柔性压电驱动器(7)和一个柔性压电驱动器(6)；所述仿生躯体(3)由硅胶制成，仿生躯体(3)的外轮廓在初始状态下近似纺锤形，仿生躯体(3)侧壁外表面粘贴有四个等距间隔排列的柔性压电驱动器(7)，两两相邻的柔性压电驱动器(7)之间的仿生躯体(3)的中间部位开有入口孔(1)，共计四个入口孔(1)；一个垂直布置的柔性压电驱动器(6)的一端紧密粘贴在仿生躯体(3)的尾部，垂直布置的柔性压电驱动器(6)其两侧对称位置的仿生躯体(3)上各有一个出口孔(4)，出口单向阀(5)粘于仿生躯体(3)底部开孔的外表面。

【技术特征摘要】
1.基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统，包含入口孔(1)、入口单向阀(2)、仿生躯体(3)、出口孔(4)、出口单向阀(5)、仿生躯体(3)尾部垂直布置的柔性压电纤维复合材料(601)、仿生躯体(3)尾部垂直布置的基板(602)、仿生躯体(3)侧壁外表面布置的柔性压电纤维复合材料(701)、仿生躯体(3)侧壁外表面布置的基板(702)和驱动电缆组(8)；其特征在于：该推进系统总计有五个柔性压电驱动器，包括四个柔性压电驱动器(7)和一个柔性压电驱动器(6)；所述仿生躯体(3)由硅胶制成，仿生躯体(3)的外轮廓在初始状态下近似纺锤形，仿生躯体(3)侧壁外表面粘贴有四个等距间隔排列的柔性压电驱动器(7)，两两相邻的柔性压电驱动器(7)之间的仿生躯体(3)的中间部位开有入口孔(1)，共计四个入口孔(1)；一个垂直布置的柔性压电驱动器(6)的一端紧密粘贴在仿生躯体(3)的尾部，垂直布置的柔性压电驱动器(6)其两侧对称位置的仿生躯体(3)上各有一个出口孔(4)，出口单向阀(5)粘于仿生躯体(3)底部开孔的外表面。2.根据权利要求1所述基于柔性压电驱动器的仿生章鱼水下推进系统，其特征在于：仿生躯体(3)尾部垂直布置的柔性压电纤维复合材料(601)和粘在其下侧对应位置布置的基板(602)共同组成柔性压电驱动器(6)，柔性压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：董景石，刘瑞刚，陈文华，陈全渠，徐智，吴越，杨志刚，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22